循环结构的实现.ppt

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1、1,第 五 章,循环结构的实现,FORTRAN 语言程序设计,2,本章主要内容,5.1 用GOTO语句实现循环 5.2 用DO语句实现循环 5.3 当型循环的实现 5.4 直到型循环的实现 5.5 几种循环形式的关系和比较,3,在科学计算或事务管理领域中，循环处理是经常遇到和使用频度最高的应用。也是程序设计人员充分利用计算机的特点来解决实际应用问题。循环：重复执行一组指令或一个程序段循环分为：无条件的循环和有条件的循环,4,在C中，我们已经学习了三种循环结构：While 循环：while(表达式)语句如I=0 while(I5)print(“i=%dt,I);I+;For 循环 FOR(i=1

2、;i4;i+)循环体Do-While循环Do 语句while(表达式)；,5,5.1 用GOTO语句实现循环,用GOTO语句来实现转移GOTO（标号）GOTO 语句破坏了语句顺序执行的正常情况，不符合结构化原则一般不提倡使用该语句只有在一个基本结构内部可以使用该语句来实现循环处理。,.GOTO 100,n=110 n=n+1print*,ngoto 10end,6,5.1 用GOTO语句实现循环,通常在逻辑IF语句中使用GOTO语句来实现有条件的循环，就是“直到循环”。XXX IF(条件)GOTO XXX,N=1100 print*,正在循环！N=N+1Print*,NIF(N=100)got

3、o 100end,7,5.1 用GOTO语句实现循环,N=1100 Read(*,*)num,grade Print*,num,grade N=N+1 IF()goto 100 END,NEXT,8,5.2 用DO语句实现循环,关于DO循环结构的内容：,1）无循环变量的DO结构(For F90),2）带循环变量的DO结构(For F77),3）DO结构嵌套,4）隐含DO循环（后）,9,5.2 用DO语句实现循环,当循环次数为已知时，常使用DO语句实现循环Do循环的使用场合；DO循环语句的结构：DO 标号,循环变量E1,E2,E3 循环语句体标号 Continue（或其它可执行语句）,DO 循环

4、体ENDDO,FOR(i=1;i4;i+)循环体,10,5.2 用DO语句实现循环,Do 100,N=1,30,1 Read(*,*)Num,grade 100 Write(*,*)Num,grade.END,终端语句,11,Program main Real x,pi X=0 pi=3.14159/180 Do 100 x=0,360,10100 print*,x,sin(x*pi)End program main,例如：打印sinx的值，每10度为一个间隔，x的范围为0360度。For F77,12,13,Program mainReal:x,piX=0;pi=3.14159/180Dop

5、rint*,x,sin(x*pi)x=x+10if(x360)exit enddoEnd program main,例如：打印sinx的值，每10度为一个间隔，x的范围为0360度。For F90,14,计算：11+22+33+.+nn,Read*,N ms=0 do 10,i=1,n10 ms=ms+I*I write(*,*)ms end,15,16,5.2 用DO语句实现循环,循环表达式举例：1）Do 100,N=1,10,22）Do 100,N=1,103）Do 100,X=1.2,3.6,0.24）Do 100,Y=2.5*2,50.0/2.0,0.55）Do 100,N=-1,-8

6、,-1,17,5.2 用DO语句实现循环,.2.1 循环语句和循环次数的计算 do s,v=e1,e2,e3说明：当e3省略时,其值为1;e1、e2可以是常量、变量、表达式;当是变量时应先应赋初值；当为表达式时先要计算出表达式的值；循环次数的计算：R=INT(e2-e1+e3)/e3),S:循环终端语句的标号,18,5.2 用DO语句实现循环,e3不能为0(从公式中也看出，分母不能为0)e1、e2、e3的值可以为正或负,e1、e2可以为0有效循环：e3的取值为正时候，循环变量的值要不断“逼近”e2、最后“大于”e2的值；e3的取值为负时候，循环变量的值要不断“逼近”e2、最后“小于”e2的值；

7、当计算出循环次数R0时，按R=0处理；如果循环变量的类型与e1、e2、e3的类型不一致，则先将e1、e2、e3转换成循环变量的类型。（注意：应用中尽量使它们的数据类型一致）,19,5.2 用DO语句实现循环,循环变量V和E1 E2 E3可以是整型量、实型量、双精度型量，但在FORTRAN子集中只能使用整型量。,20,5.2 用DO语句实现循环,如:Do 100,I=1.5,3.6,1.2 如果直接按公式计算循环次数,则 R=INT(3.6-1.5+1.2)/1.2)=2,事实上应先将E1 E2 E3 转换成循环变量的数据类型（I）,结果是:Do 100,I=1,3,1 循环3次.如果换I为Y，

8、则是次同时,当实数作为E1 E2 E3,由于实数的存储和运算存在误差,从而导致循环次数与理论值之间的误差.如:Do 100,X=0.0,500.0,0.1 按公式计算循环次数为:5001 但实际上只循环5000这是因为0.1在计算机中不能用有限的二进制位数表示,每次增量0.1后,就产生积累误差(本来是每次增量0.1,结果是每次增量大于0.1).,21,T=0 Do 100,I=1.5,3.6,1.2 T=T+1 Print*,T100 Continue End,I实际上是从，变化的,22,23,integer T t=0 do 10 Y=0.0,500,0.1 T=t+110 print*,t

9、 end,24,5.2 用DO语句实现循环,注意：对于如下的 DO 语句：DO 100,I=10,1,2DO 100,I=5,10,-2根据循环计算公式的计算，得到的次数一开始就小于0，故按R=0处理，不执行循环体。(有些高级语言是按出错处理),25,编译、连接都正常,26,5.2 用DO语句实现循环,循环执行过程（分七步）：1）计算e1、e2、e3各表达式的值；2）将初值e1赋给循环v;3）计算应循环的次数R；4）检查循环次数：若R=0(或小于0),跳过循环体，执行循环终端语句的下一条语句，否则执行循环体。5）执行循环终端语句时，v=v+e3;6）循环次数：R=R-17）返回（4），重复执行

10、4、5、6步骤,因此在循环体内不能修改循环变量的值。,27,5.2 用DO语句实现循环,循环终端语句和继续语句（continue语句）循环终端语句一般为一可执行语句，但不能为GOTO、块IF、ELSE、ELSE IF、END IF、END、STOP、RETURN语句 常见的循环终端语句（执行语句）是打印语句、赋值语句、输入语句等。说明：如果循环终端语句是“逻辑IF语句”,它不应该包括DO、块IF、ELSE、ELSE IF、END IF、END和另一个逻辑IF语句。,28,5.2 用DO语句实现循环,循环终端语句和继续语句（continue语句）Do 100,I=1,100 M=M*M writ

11、e(*,*)I,M M=M+1100 IF(M.GT.1000)GOTO 300 300,虽然是合乎语法规则，但违反了结构化原则,程序可以运行，但我们不提倡这种程序结构。,29,例如：,M=1 Do 100 I=1,100 M=M*M Write(*,*)I,*,M M=M+1100 IF(M.GT.1000)Goto 300 Write(*,*)循环100次了！Goto 400300 Write(*,*)M的值超过1000400 END,30,31,5.2 用DO语句实现循环,循环终端语句和继续语句（continue语句）继续语句（CONTINUE）:该语句本身不进行任何机器操作，只是将操作

12、转到逻辑上的下一个语句。,do s,v=e1,e2,e3 S Continue,32,5.2 用DO语句实现循环,循环终端语句和继续语句（continue语句）使用继续语句作为循环终端语句的好处：循环规范、清晰；不必考虑哪些语句是否能作为循环终端语句；由于不使用其它语句作为循环终端语句，使循环体清楚明了,也减少出错的概率。,33,5.2 用DO语句实现循环,循环终端语句和继续语句（continue语句）继续语句（CONTINUE）:Do 100,.100 CONTINUE,Do 22,i=1,10 Print*,I22 Continue End,34,5.2 用DO语句实现循环,5.2.4 D

13、O循环的一些规定：1）循环变量可以在循环体中被引用，但不应 当在循环体内再次赋值。2）循环的次数是根据循环变量的初值、终值和步长三个值计算出来的。在执行循环体期间是确定不变的。可以用转移语句从循环体内转移到循环体外，也可以在循环体内转移，但不能从循环体外转移到循环体内。嵌套循环也必须遵守该规则！,!,35,5.2 用DO语句实现循环,5.2.4 DO循环的一些规定：有关脱离循环的说明：正常出口：执行完全部的循环次数后脱离循环,也就是从循环终端语句正常出口;非正常出口：从非循环终端语句出口。结构化程序不应该有“非正常出口”。如在循环体中有语句：GOTO 标号(可以运行，但尽量不使用这样的结构),

14、36,5.2 用DO语句实现循环,5.2.4 DO循环的一些规定：Do 100，.IF(条件)GOTO 300.100 CONTINUE.300.,尽管不合乎结构化原则，但是是是允许的。,37,5.2 用DO语句实现循环,5.2.4 DO循环的一些规定：IF(条件)GOTO 380 Do 100，380 PRINT*,你好!100 CONTINUE.300.,这种结构不合法的,是不允许的！,38,T=0 Goto 400 do 100,I=1,8400 T=T+1 Print*,T100 Continue End,39,尽管可以执行，但T的结果不正确,40,5.2 用DO语句实现循环,5.2.

15、4 DO循环的一些规定：DO循环变量在循环体内不能再次定义 DO 10 I=3，6 I=5！错误 J=J+I10 Continue END,41,5.2 用DO语句实现循环,5.2.4 DO循环的一些规定：循环变量的初值E1、终值E2和步长E3只是在循环入口有效，进入循环后，它的值与循环次数无关。m=3do 10,k=1,mm=5write(*,*)k,m10 continueend,Integer i,j,m m=2 do 10 i=1,10,m j=j+i m=m+110 Continue print*,j,i,m end,!,42,N=3 Do 10 k=1,N N=5 Write(*,

16、*)K,N10 Continue End,43,Integer i,j,m m=2 do 10 i=1,10,m j=j+i m=m+110 Continue print*,j,i,m end,循环语句从开始就决定了循环次数，即5次；改变M的值,对循环次数没有影响,44,注意如下情况：,M=10Do 100 I=1,M+IPrint*,I100 Continue END,45,46,5.2 用DO语句实现循环,用DO语句实现循环的程序举例：,1）Exa5_1.For2）Exa5_2.For3）Exa5_3.For4）Exa5_4.For,47,5.2 用DO语句实现循环,c求5！Integer

17、 Fact Fact=1 Do 10,i=1,5 Fact=Fact*i10 Continue Print*,Fact End,48,5.2 用DO语句实现循环,c求n！的累加和（n=1到100）Read*,N Sum=0.0 Fact=1.0 DO 100,I=1,N Fact=Fact*I Sum=Sum+Fact100 Continue Print*,Sum End,49,5.2 用DO语句实现循环,c已知 I,求互逆数J(使其为二进制数的互逆)Read*,I J=0 Do 100,K=1,8 J=2*J+Mod(I,2)I=I/2(注意:I是整型数)100 Continue Print

18、*,互逆数J:,j End,I和J是十进制的数。输入：5 00000101 输出：16010100000,K:1,2,3,4,5,6,7,8J:1,2,5,10,20,40,80,160I:2,1,0,0,0,0,0,0,50,5.2 用DO语句实现循环,c求E的X次方 Read*,N,X Term=1.0！单项 E=1.0！结果 Do 10,I=1,N Term=Term*X/I E=E+Term10 Continue Print*,EXP(x)=,E End,51,5.2 用DO语句实现循环,5.2.5 DO循环的嵌套 在一个DO循环中又包含另一个DO循环。,Do 10,I=1,1020

19、10 continue,.,Do 20,J=1,5continue,内循环的总次数的分析：外次数内次数,52,53,5.2 用DO语句实现循环,5.2.5 DO循环的嵌套 注意：在一个DO循环中,内循环应完整地嵌套在外循环之内。不应该出现：do 10,I=1,10do 20,j=1,5.10 continue 20 continue,注意:嵌套循的环规则:不能交叉嵌套,54,5.2 用DO语句实现循环,5.2.5 DO循环的嵌套举例,Exa5_5.ForExa5_6.ForExa5_7.ForExa5_8.For,55,5.2 用DO语句实现循环,c 求1！3！5！7！Fact=1.0 Do

20、20,J=1,7,2 Fact=1.0c先计算J的阶乘 Do 10,K=1,J Fact=Fact*K10 Continue Print*,J,!=,Fact20 Continue End,很多情况下是外循环的初值是内循环的终值,使用嵌套循环:外层:控制1,3,5,7内层:计算阶乘,56,5.2 用DO语句实现循环,Read*,N,X E=1.0 Do 10,I=1,N Fact=1.0 P=1.0 Do 20,J=1,I Fact=Fact*J P=P*X20 Continue Term=P/Fact E=E+Term10 Continue Print*,exp(x)=,E End,内层求单

21、项的值,外层控制总项,57,5.2 用DO语句实现循环,Do 10，I=1,9 Do 20，J=1,9 K=I*J Print*,I,*,J,=,K20 Continue Print*,10 Continue End,内层:乘数,九九乘法表,外层:被乘数,58,59,5.2 用DO语句实现循环,Integer x,y,z Do 10 x=0,100 Do 20 y=0,100Do 30 z=0,100 IF(x+y+z).EQ.100)Then IF(15*x+9*y+z.EQ.300)print*,x=,x,y=,y,z=,z Endif30 Continue20 Continue10 Co

22、ntinue End,百鸡问题(百钱买百鸡):公鸡1只-5钱母鸡1只-3钱小鸡3 只-1钱(不定方程多解),NEXT,枚举法：100万次,60,5.3 当型循环的实现,我们已经知道：使用DO循环来处理循环次数确定的循环是很方便的。但现实计算中很多是事先无法确定的循环次数，而只是给出一个条件，满足条件就循环，若不满足条件则停止循环，既所谓“当型”循环。可以有不同方法实现“当型”循环。1）用While 语句2）用块IF和GOTO语句3）用READ语句和GOTO语句,61,5.3 当型循环的实现,5.3.1 用While语句实现当型循环基本结构形式：do 标号，WHILE（逻辑表达式）。标号 Con

23、tinue当逻辑表达式的值为“真”时，反复执行循环体。（不存在循环变量自动增值的问题）说明：do while 是非标准的。有些FORTRAN 中的表达形式可能是不一样的。,62,5.3 当型循环的实现,5.3.1 用While语句实现当型循环F90的结构形式：DO WHILE（逻辑表达式）。END DO,63,求以下公式的值：,S=1-1/2+1/3-+1/99-1/100+当通项的绝对值小于0.00005时停止累加。,分析：,通项,循环变量n为项数循环次数未知，但已知循环条件,64,n=1;s=0;a=1Do WHILE(abs(a)=0.00005)a=(-1)*(n-1)*1.0/nS=

24、s+an=n+1EnddoPrint*,a,s,nend,65,66,5.3 当型循环的实现,Exa5_9.For Exa5_10.ForExa5_11.ForExa5_12.For,67,5.3 当型循环的实现,integer countsum=0.0count=0read*,scoredo 10,while(score.ge.0.0)sum=sum+score count=count+1 read*,score10 continue aver=sum/count print*,count=,count print*,average=,aver end,按输入分数统计学生的平均成绩,68,6

25、9,integer below,aboveread*,medianprint*,median=,medianbelow=0above=0sumbel=0.0sumabv=0.0read*,incomeprint*,income=,incomec-do 10,while(income.gt.0.0)IF(income.lt.median)then below=below+1 sumbel=sumbel+income else above=above+1 sumabv=sumabv+incomeEndifREAD*,INCOME print*,income=,income10CONTINUE,N=

26、above+below if(n.eq.0)then print*,no data stopelse sum=sumbel+sumabv aver=sum/n print*,average of all=,averendifc-if(below.ne.0)then avebel=sumbel/below print*,average below,median,is,avebel endif if(above.ne.0)then aveabv=sumabv/above print*,averageabove,median,is,aveabvendifend,1)初始化 2)输入数据,数据统计,数

27、据分析,70,5.3 当型循环的实现,Integer M,N,RRead*,M,NIF()Then T=M M=N N=TEnd ifR=Mod(M,N)Do 10,While(R.NE.0)M=N N=R R=Mod(M,N)10ContinuePrint*,最大公约数是：,NEnd,求两个正整数的最大公约数。,M/N的余数送R如果R=0，N就是最大公约数否则N-MR-N,71,72,5.3 当型循环的实现,Read*,N J=Sqrt(real(N)!书上有误P117 I=2 Do 10,While().and.(Mod(N,I).NE.0)I=I+110 Continue IF()The

28、n Print*,N,is a prime number.Else Print*,N,is not a prime number.Endif End,判断N是否是素数？,只有IJ则，则说明除的次数已到,注意该表达式的数据类型的自动转换,73,74,integer year year=2000do 100,while(year.LE.2500)IF(mod(year,4).EQ.0)thenIF(mod(year,100).NE.0)thenprint*,year,is a leap year.elseif(mod(year,400).EQ.0)thenprint*,year,is a leap

29、 year.else print*,year,is not a leap year.endif else print*,year,is not a leap year.endif year=year+1100 continue end,1)被4整除，不能被100整除的年；2）被100整除，也能被400整除的年。,75,76,5.3 当型循环的实现,5.3.2 用块IF和GOTO语句实现当型循环可以使用块IF和GOTO语句来代替While语句实现当型循环。就是利用块IF来实现条件的判断，使用GOTO语句来实现循环返回。标号 IF(逻辑表达式)then 块1GOTO 标号 END IF,77,5.

30、3 当型循环的实现,5.3.2 用块IF和GOTO语句实现当型循环,Exa5_13.ForExa5_14.ForExa5_15.For,78,Integer Count Sum=0.0 Count=0 Read*,score10 IF()ThenSum=sum+scoreCount=count+1Read*,scoreGoto 10 End if Aver=sum/count Print*,count=,count Print*,average=,aver End,按输入分数统计学生的平均成绩,79,Read*,n j=sqrt(real(n)i=210 IF().and.(mod(n,i).

31、NE.0)Theni=i+1GOTO 10 End if IF()thenprint*,n,is a prime number.Elseprint*,n,is not a prime number.Endif End,判断N是否是素数？,80,do 100 k=6,30 n=k j=sqrt(real(n)i=210 IF().and.(mod(n,i).NE.0)Theni=i+1GOTO 10 End if IF()thenprint*,n,is a prime number.Elseprint*,n,is not a prime number.Endif100 continue End,

32、加上三条语句就变成了对某区间进行素数的判断,81,read(*,*)nsum=0.0i=110IF()Thenterm=1.0/(i*i)sum=sum+termi=i+1 Goto 10Endifpi=sqrt(6.0*sum)print*,pi=,piend,82,5.3 当型循环的实现,5.3.2 用READ语句和GOTO语句实现当型循环这主要是在READ语句中可以自带转移参数:READ(*,*,END=100)N 含义:当读入的是一个“结束记录”，则转移到标号为100的语句。其实是相当于已学过的两语句：READ(*,*)NIF(判断是否为结束记录标记)GOTO 100,83,5.3 当

33、型循环的实现,5.3.2 用READ语句和GOTO语句实现当型循环,Exa5_16.For,84,Integer count Count=010 Read(*,*,end=100)Grade IF(grade.LT.60.0)Then Print*,grade Count=count+1 Endif Goto 10100 Stop End,使用在文件输入的情况,85,integer count count=010 Read(*,*)grade IF(grade.NE.9999.0)Then IF(grade.LE.60.0)ThenPrint*,gradeCount=count+1 Endif

34、 Goto 10 Endif End,NEXT,86,5.4 直到型循环的实现,可以使用两种语句来实现 直到型循环：使用UNTIL语句使用逻辑IF语句,87,5.4 直到型循环的实现,5.4.1 使用UNTIL语句 DO 10,UNTIL（K.GT.100）语句序列 10 CONTINUE执行过程：先执行循环体，遇到终端语句后判断逻辑表达式是否为真。为真就退出循环。否则继续执行循环体。注意：尽管UNTIL是在循环第一的位置，但它却是在执行终端语句时进行判断条件的,88,5.4 直到型循环的实现,5.4.1 使用UNTIL语句 DO 10,UNTIL（逻辑条件）语句序列10 CONTINUE,E

35、xa5_17.ForExa5_18.For,89,CUNTIL的使用：until是非标准语句，在 Fortran 4中不能用，请大家注意。t=1.0i=2do 10,until(I.GE.5)t=t*ii=i+110continueprint*,tend,5!,90,5.4 直到型循环的实现,5.4.2 使用逻辑IF语句 如果不能用UNTIL语句（有的Fortran 77不提供该语句），可以使用逻辑IF语句 来实现直到型循环。标号 语句 循环体 IF(逻辑表达式)GOTO 标号当然：也可以使用块IF来代替逻辑IF语句,91,5.4 直到型循环的实现,5.4.2 使用逻辑IF语句 标号 循环体

36、IF(逻辑表达式)GOTO 标号,Exa5_19.ForExa5_20.ForExa5_21.For,92,integer sign sum=1.0 deno=2.0 sign=1 10 sign=(-1)*sign term=sign/deno sum=sum+term deno=deno+1 IF(deno.LE.100.0)GOTO 10 print*,sum End,分母,93,Integer WRead*,NW=0I=2J=sqrt(real(n)10R=mod(n,i)IF()thenw=1Elsei=i+1EndifIF().or.()thenElseGoto 10EndifIF

37、()then print*,n,is a prime number.Else Print*,n,is not a prime number.EndifEnd,判断素数,只要为1就退出循环同时也确定它不是素数,输入一个数，判断是否为素数,IF(I.LE.J).AND.(W.EQ.0)goto 10,94,95,F1=1.0F2=1.0Print*,F1Print*,F2N=3F=F1+F210Print*,FF1=F2F2=FF=F1+F2N=N+1IF(N.LE.30).and.(F.LE.1E5)Goto 10END,Fibonacci数列：1，1，2，3，5，8，13，21从第三个数起，每

38、个数是前面两个数之和，该数列不能使用公式直接算出第n项的值，它必须从第三项起向后推。,NEXT,Fn=Fn-1+Fn-2 n=3开始程序实现数学递推式：将数学中的下标变量变为程序中的简单变量，并用语句体现递推的思想。,96,97,5.5 几种循环形式的关系和比较,DO循环：用来处理已知循环次数的问题；它实质也是一种“当型循环”，循环条件是：“循环次数不等于0”；While、Until循环：可以处理已知循环次数的问题，也可以处理不确定循环次数的问题。几种形式的循环可以互相转换（有时对同一问题可以采用几种循环来实现）,98,程序比较：,T=1.0 T=1.0I=1 I=1IF(I.LE.5)the

39、n 10 T=T*IT=T*I I=I+1 I=I+1 IF(I.LE.5)goto 10goto 10 Print*,TEnd if EndPrint*,TEnd(当型循环)(直到型循环),求5！,99,5.5 几种循环形式的关系和比较,程序举例：,Exa5_22.ForExa5_23.For,100,integer n,a,b,wdo 10,n=6,100,2 do 20,a=3,n/2,2w=0j=sqrt(real(a)i=3do 30,while(i.le.j).and.(w.eq.0)if(mod(a,i).eq.0)then w=1else i=i+2endif30continu

40、eif(w.eq.0)thenb=n-aw=0j=sqrt(real(b)i=3do 40,while(i.le.j).and.(w.eq.0)if(mod(b,i).eq.0)then w=1else i=i+1endif40continueif(w.eq.0)print*,n,=,a,+,bendif20continue10continueend,歌德巴赫猜想：6以上的偶数一定可以分解两个素数之和,判断A是否是素数,第一层:确定6-100之间的偶数;第二层:确定单个偶数分解为两个素数之和,判断B是否是素数,n/2:表示A的取值范围,101,102,补充,程序的调试：设置断点：使用stop n使用pause n单步执行,103,单步执行的步骤：,将源程序编译、连接；菜单builddebugstep info;出现黄色箭头停留在程序开始处；按F8单步执行；查看变量值（下方表格中）。,104,变量值,变量值,单步指针：F8,105,本章小结,1 用GOTO语句实现的循环结构 2 用DO语句实现的循环结构 循环次数的计算；循环变量的引用；循环嵌套注意事项等3 当型循环的实现使用Do While结构；使用IF Goto结构4 直到型循环的实现使用IF Goto结构5 几种循环形式的关系和比较,106,西安交通大学,第 五 章 结 束,